Фамилия Мильцин образована по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей: от прозвища или имени, оканчивающегося на мягкий согласный, с помощью патронимического суффикса -ин. Суффикс указывает на принадлежность: «чей?» — Мильцин, то есть сын или потомок человека по имени или прозвищу Мильца.

Основа — Мильца. Это слово в русских говорах имело несколько значений, и фамилия могла возникнуть в разных, не связанных друг с другом, семьях. Самое прямое объяснение лежит на поверхности: «мильца» — уменьшительно-ласкательная форма от «милый», «милая». В старину так могли назвать любимого ребёнка, ласкового человека, а иногда — иронично, «с прищуром», того, кто слишком слащав или угодлив. В этом случае фамилия Мильцин — из того же ряда, что и Милов, Миловзоров, Миленин, только с другим суффиксом.

Однако есть и вторая, не менее вероятная версия, связанная с ремеслом. В псковских и тверских говорах «мильца» — это рыбацкая снасть, сеть с мелкими ячейками. Прозвище Мильца мог получить рыбак, который либо изготовлял такие сети, либо промышлял ими. Такая профессиональная привязка делает фамилию более конкретной, чем просто ласкательное прозвище. В этом случае Мильцины — потомки рыбака из северо-западных регионов России.

Фамилия редкая. Она не встречается в старых боярских списках и не принадлежала дворянским родам. Её носители, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми, а географически фамилия тяготеет к Псковской, Новгородской и Тверской областям. Родственные фамилии — Мильцев, Мильчаков, Мильченко — меняют корень, но сохраняют ту же смысловую основу.